DE68905268T2 - Photoempfindliche matrix mit zwei dioden gleicher polaritaet und einer kapazitaet pro photoempfindlichem punkt. - Google Patents

Photoempfindliche matrix mit zwei dioden gleicher polaritaet und einer kapazitaet pro photoempfindlichem punkt.

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DE68905268T2
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Matrizen von lichtempfindlichen Elementen.
  • Um Matrizen von lichtempfindlichen Elementen herzustellen, ist es bekannt, eine Schar von Zeilenleitern und eine Schar van Spaltenleitern vorzusehen und an jedem Kreuzungspunkt einer Zeile und einer Spalte ein entsprechendes lichtempfindliches Element anzuordnen. Über die Zeilenschar wählt man eine Zeile von lichtempfindlichen Elementen aus, deren elektrische Ausgangssignale man abfragen will. Über die Schar von Spaltenleitern liest man ein Ausgangssignal für jedes der Elemente der ausgewählten Zeile aus.
  • In der französischen Patentanmeldung 8600716 (FR-A-2 593 343, veröffentlicht am 24.7.1987) ist eine lichtempfindliche Matrix mit einem Netz von lichtempfindlichen Punkten beschrieben, in dem jeder lichtempfindliche Punkt einen Ladungsspeicherkondensator in Reihe mit einem lichtempfindlichen Element enthält, wobei das Ganze zwischen einem Zeilenleiter und einem Spaltenleiter angeschlossen ist. Das lichtempfindliche Element kann eine PIN-Fotodiode mit drei Schichten sein (Halbleitende Schicht vom P-Typ, intrinsische Schicht I, Schicht vom N-Typ).
  • Ladungen werden in der Fotodiode durch Beleuchtung des lichtempfindlichen Punkts erzeugt. Sie sammeln sich auf dem potentialmäßig schwebenden Knoten zwischen der Fotodiode und dem Kondensator. Sie werden durch Anwendung eines Spannungsimpulses an den Zeilenleiter in einer Richtung ausgelesen, die die Fotodiode in Vorwärtsrichtung vorspannt (während sie während der Akkumulationsphase in Sperrichtung vorgespannt war). Ladungen einer Menge entsprechend den akkumulierten Ladungen werden dann vom freischwebenden Knoten zur Spalte (oder umgekehrt von der Spalte zum freischwebenden Knoten) übertragen. Das Auslesen besteht in der Messung dieser Ladungsbewegung.
  • Nach dem Ende des Leseimpulses gelangt die Fotodiode in einen Zustand der Vorspannung in Sperrichtung für eine neue Beleuchtungs- und Ladungsintegrationsphase.
  • Das Potential am freischwebenden Knoten hat aber nicht mehr denselben Wert wie zu Beginn der Integrationsphase. Man kann also nicht eine neue Integrationsphase beginnen, ohne dieses Potential des freischwebenden Knotens vorher auf einen genau bestimmten Anfangswert gebracht zu haben.
  • Der Phase des Auslesens folgt also eine Phase, in der das Potential des frei schwebenden Knotens wiederhergestellt wird.
  • Diese Wiederherstellung erfolgt durch Beleuchtung der Fotodiode. Es daher notwendig, eine Lichtquelle und mit den Lesemitteln der lichtempfindlichen Matrix synchronisierte Steuermittel vorzusehen, um eine Potentialrückstellung nach jeder Lesephase zu bewirken.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine lichtempfindliche Matrix anzugeben, in der die Kapazität einer Spalte von lichtempfindlichen Punkten so klein wie möglich wird, so daß das Leserauschen während des Ladungstransfers von einem lichtempfindlichen Punkt zur Spalte verringert wird.
  • Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Matrix vorzuschlagen, die technologisch einfach herzustellen ist.
  • Ein weiteres Ziel besteht in der Verringerung des Dunkelstroms, der in die Spalte durch die lichtempfindlichen Punkte dieser Spalte eingespeist wird, selbst wenn diese Punkte keiner Beleuchtung unterworfen sind.
  • Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, den Sammelwirkungsgrad der Lichtladungen durch die lichtempfindlichen Dioden der Matrix zu verbessern.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Matrix von lichtempfindlichen Punkten, bestehend aus einem Netz von lichtempfindlichen Punkten, die in Zeilen (mindestens eine Zeile) und Spalten (mindestens eine Spalte) angeordnet sind, wobei jeder lichtempfindliche Punkt am Schnittpunkt einer Zeile und einer Spalte liegt vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder lichtempfindliche Punkt zwei Dioden sowie einen Kondensator enthält, die an einen Knoten mit einem freischwebenden Potential angeschlossen sind, wobei der Kondensator zwischen einen Zeilenleiter und den Knoten, eine erste Diode, Lesediode genannt, zwischen den gemeinsamen Knoten und einen Spaltenleiter, um den Transfer einer an dem Knoten durch Beleuchtung des lichtempfindlichen Punkts erzeugten Ladungsmenge zwischen diesen Spaltenleiter und dem Knoten zu erlauben, und eine zweite Diode, lichtempfindliche Diode genannt, zwischen dem Knoten und einer Sperr-Vorspannungsquelle angeschlossen sind, um bei Beleuchtung elektrische Ladungen auf dem Knoten zu erzeugen, wobei die Dioden mit gleicher Polarität an diesen Knoten angeschlossen sind.
  • Unter dem Ausdruck "die Dioden sind mit gleicher Polarität an den Knoten angeschlossen" wird verstanden, daß die Dioden beide mit ihrer Anode an den freischwebenden Knoten angeschlossen sind oder beide mit ihrer Kathode.
  • Die Quelle der Sperr-Vorspannung ist prinzipiell eine Quelle mit festem Potential. Sie hält die Fotodiode prinzipiell während des ganzen Ladungsintegrations- und Lesezyklus auf Sperrvorspannung.
  • In gewissen Fällen erfolgt das Auslesen durch Anlegen eines Leseimpulses an eine Zeile, während alle Spalten auf einem Bezugspotential liegen. In anderen Fällen aber könnte man an eine Zeile einen Leseimpuls eines Vorzeichens bezüglich des Bezugspotentials der Spalten anlegen und zugleich einen Leseimpuls des umgekehrten Vorzeichens an eine bestimmten Spaltenleiter, der an den lichtempfindlichen Punkt angeschlossen ist, dessen Ladung man lesen will, während die anderen Spaltenleiter auf dem Bezugspotential gehalten werden. Diese Anordnung erlaubt auf einfache Weise die Auswahl einer Spalte von lichtempfindlichen Punkten.
  • Der Betrieb der Vorrichtung hängt nicht von dem Pegel der Vorspannung des Zeilenleiters während der Beleuchtungsphase ab, sondern nur von der Amplitude und dem Vorzeichen des Leseimpulses. Man kann den Ruhespannungspegel des Zeilenleiters so wählen, daß sowohl während der Lesephase als auch während der Beleuchtungsphase die Spannung an den Klemmen des Kondensators stets das gleiche Vorzeichen hat. Unter diesen Bedingungen kann den Kondensator in Form eines in Sperrichtung vorgespannten Diodenübergangs realisiert werden.
  • Die Lesediode besitzt wesentlich geringere Abmessungen als die Fotodiode und damit auch eine deutlich kleinere Kapazität. Daher kommt es, daß die Gesamtkapazität vom Spaltenleiter her gesehen gering ist.
  • Die Erfindung ist auf beliebige lichtempfindliche Matrizen anwendbar, insbesondere auf solche, die in der Röntgentechnik verwendet werden und zu diesem Zweck einen Scintillator (Gadoliniumoxid, Cäsiumiodid) zur Umwandlung einer Röntgenstrahlung (oder Gammastrahlung oder Neutronenstrahlung usw.) in eine Lichtstrahlung eines Wellenlängenbandes, für das die Fotodioden empfänglich sind, umzuwandeln.
  • Die Erfindung eignet sich insbesondere für eine Ausführungsform, in der die lichtempfindlichen Punkte durch mehrere übereinanderliegende Schichten aus amorphem Silizium gebildet werden.
  • Unter den Vorteilen der vorliegenden Erfindung, die die Qualität der erzeugten Matrizen entscheidend verbessern, kann man folgende erwähnen:
  • - die geringe Kapazität der Spalten von lichtempfindlichen Punkten,
  • - die Auslesegeschwindigkeit,
  • - die gute Entkopplung zwischen den lichtempfindlichen Punkten benachbarter Zeilen oder Spalten,
  • - die Verringerung des Störrauschens während des Lesens, wobei ein solches Rauschen in bekannten Systemen durch die Unischaltung der lichtempfindlichen Diode in Leitrichtung verursacht wurde. Hier bleibt die Fotodiode im Prinzip während des ganzen Lesevorgangs in Sperrichtung vorgespannt.
  • Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung hervor, die auf die anliegenden Zeichnungen Bezug nimmt.
  • Figur 1 zeigt eine Matrix von lichtempfindlichen Punkten gemäß der Erfindung.
  • Figur 2 zeigt das Zeitdiagramm der Potentialveränderungen auf dem Zeilenleiter (Diagramm 2a), ein Zeitfenster der Beleuchtung der Matrix (Diagramm b), die Potentialveränderungen auf dem gemeinsamen freischwebenden Knoten (Diagramm 2c) und den Strom im Spaltenleiter (Diagramm 2d).
  • In Figur 1 sieht man ein vereinfachtes Schaltschema einer Matrix von lichtempfindlichen Punkten gemäß der Erfindung.
  • Die Matrix enthält ein Netz von Zeilen und Spalten von lichtempfindlichen Punkten Pij.
  • Jede Zeile enthält einen Zeilenleiter Li, an den die lichtempfindlichen Punkte dieser Zeilen angeschlossen sind. Der Zeilenleiter Li soll einen Lesespannungsimpuls für die Punkte dieser Ziele liefern. Die Zeilenleiter sind an einen Zeilendekodierer DEL angeschlossen, der eine bestimmte Zeile auswählen kann, deren Punkte gelesen werden sollen. Der Zeilendekodierer DEL sendet Leseimpulse und Pegelrückstellimpulse auf den Leiter Li der ausgewählten Zeile.
  • Jede Spalte enthält einen Spaltenleiter Cj, an den die lichtempfindlichen Punkte dieser Spalte angeschlossen sind. Der Spaltenleiter Cj ist an einen Lesekreis für die von den lichtempfindlichen Punkten Pij am Schnittpunkt dieser Spalte und der ausgewählten Zeile erzeugten Ladungen angeschlossen.
  • Der Lesekreis liest die in die Spalte von einem lichtempfindlichen Bildpunkt eingespeisten Ladungen und hält dabei die Spalte auf einem bestimmten Bezugspotential (das Massepotential sein kann).
  • In einem Ausführungsbeispiel enthält der Lesekreis einen Integrator INT für jede der Spalten von Punkten sowie einen Multiplexer MUX, der mit den Ausgängen der Integratoren verbunden ist und an seinem Ausgang S nacheinander Signale liefert, die für die Beleuchtung der aufeinanderfolgenden Punkte der bezeichneten Zeile charakteristisch sind.
  • In anderen Fällen könnte der Lesekreis ein Ladungstransferkreis sein, und der Multiplexer könnte ein Ladungstransfer-Schieberegister sein.
  • Gemäß der Erfindung enthält jeder lichtempfindliche Punkt Pij zwei Dioden und einen Kondensator, die an einen gemeinsamen Knoten A mit freischwebendem Potential angeschlossen sind, nämlich
  • - DP (Diode, deren Hauptmerkmal die Lichtempfindlichkeit ist),
  • - DL (Lesediode, die den Ladungstransfer vom freischwebenden Knoten A zum Spaltenleiter Cj ermöglicht),
  • - CS (Speicherkondensator für die durch die Beleuchtung erzeugten Ladungen).
  • Die lichtempfindliche Diode DP ist zwischen dem freischwebenden Knoten A und einer Vorspannungsquelle angeschlossen, welche ein konstantes Potential VR erzeugt, derart, daß die Fotodiode während des ganzen Betriebszyklus in Sperrichtung vorgespannt bleibt. Die Lesediode DL ist zwischen den Spaltenleiter Cj und den Knoten A eingefügt und der Kondensator CS ist zwischen den Zeilenleiter Li und den Knoten A angeschlossen.
  • Genauer betrachtet sind im Beispiel der Figur 1 die Anode der lichtempfindlichen Diode DP und die Anode der Lesediode DL an den Knoten A angeschlossen. In äquivalenter Weise könnte aber auch eine Umkehrung von Anoden und Kathoden der beiden Dioden erfolgen, wenn zugleich die relativen Richtungen der an die Zeilen- und Spaltenleiter angelegten Potentiale umgekehrt würden. In diesem Fall wären die Kathode der lichtempfindlichen Diode und die Kathode der Lesediode mit dem Knoten A verbunden. In jedem Fall sind gleichnamige Elektroden der Dioden DP und DL mit dem Knoten A verbunden.
  • Die Diode DP besitzt eine verhältnismäßig große Oberfläche, damit ihre Empfindlichkeit ausreichend groß ist. Die Lesediode ist wesentlich kleiner, so daß ihre Kapazität gering ist gegenüber der der Diode DP und gering gegenüber der Kapazität des Kondensators CS, um die Gesamtkapazität der Reihenschaltung der Lesediode und der Fotodiode oder der Lesediode und des Kondensators CS sehr klein zu halten.
  • Die Kapazität der Spalte von Punkten ist umso geringer (was ein Vorteil ist), als die Kapazität der Lesediode gering ist, was dazu führt, daß man eine Lesediode DL mit sehr kleinen Abmessungen verwendet.
  • BETRIEB DER SCHALTUNG GEMÄSS FIGUR 1
  • Zur Vereinfachung der Erläuterungen wird davon ausgegangen, daß die Kapazität der Dioden DL und DP vernachlässigbar gegenüber der Kapazität des Speicherkondensators CS ist. Würde dies nicht gelten, dann veränderten sich die Zahlenwerte von Potentialen und Potentialveränderungen, die nachfolgend angegeben werden, aber das Betriebsprinzip bliebe dasselbe.
  • Es werden auch die Potentialabfälle in den Dioden vernachlässigt, wenn sie in Leitrichtung vorgespannt sind, obwohl diese Abfälle in der Größenordnung von 0,5 Volt liegen.
  • Schließlich wird davon ausgegangen, daß der Lesekreis, der an die Spalten angeschlossen ist, das Potential der Spalten auf einen Bezugswert von Null Volt hält.
  • Figur 2 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Betriebsweise.
  • Das Diagramm 2a zeigt die Leseimpulse, die an einen Zeilenleiter angelegt werden; das Diagramm 2b zeigt einen Rechteckimpuls, während dem die lichtempfindliche Matrix beleuchtet wird. Die übrige Zeit wird die Matrix nicht beleuchtet (Betrieb mittels Blitzlicht); das Diagramm 2c zeigt die Variationen des Potentials des Knoten A während eines Beleuchtungs- und Lesezyklus. Das Diagramm 2d zeigt den an einen Ausgangsintegrator am Ende einer Spalte angelegten Strom.
  • Der periodische Betriebszyklus erstreckt sich vom Zeitpunkt t0, der das Ende eines ersten Leseimpulses definiert, bis zu einem Zeitpunkt t'0, der das Ende des nächstfolgenden Leseimpulses definiert.
  • Zu Beginn, d.h. kurz vor dem Zeitpunkt t0, liegt folgender Zustand vor:
  • - das Potential VL auf dem Zeilenleiter LI hat einen positiven Wert VL1, beispielsweise +4 Volt. Dieser Wert entspricht dem während eines Leseimpulses aufgeprägten Wert, wobei der Ursprungszustand der ist, der zum Zeitpunkt vorliegt, an dem ein Leseimpuls endet.
  • - Das Potential VA am Knoten A hat einen Wert von praktisch Null (in Wirklichkeit ist es geringfügig positiv und gleich dem Spannungsabfall der Lesediode DL in Leitrichtung).
  • Man sieht, daß dieser Ursprungszustand derjenige ist, der auch am Ende des Lesezyklus vorliegen wird, der nun beschrieben wird.
  • Zum Zeitpunkt t0 geht der Zeilenleiter Li der ausgewählten Zeile auf ein Potential VL2 über, das Ruhepotential oder Vorspannungspotential des Zeilenleiters genannt wird, beispielsweise Null Volt. Es wird später gezeigt, daß dieses Potential auch von Null verschieden sein kann.
  • Das Potential am Knoten A, das ursprünglich sehr nahe bei Null Volt lag, wird durch den kapazitiven Einfluß auf einen Wert VA1 gebracht, der proportional zu VL2 - VL1 ist, wobei der Proportionalitätsfaktor folgenden Wert annimmt: Cs/(Cs+Cdp+Cdl). Hierbei sind Cs, Cdp, Cdl die Kapazitäten des Kondensators CS, der Diode DP (in Sperrichtung vorgespannt) und der Diode DL (ebenfalls in Sperrichtung vorgespannt).
  • VA1 = (VL2-VL1)C2/(Cs+Cdp+Cdl)
  • Eine Ladung Q1 fließt dann auf dem Spaltenleiter, der mit dem Knoten A über die Lesediode DL verbunden ist. Diese Ladung Q1 ist das Produkt der Kapazität Cdl der Lesediode mit der Spannungsänderung des Knotens A (der Spaltenleiter hat eine Bezugsspannung, von der angenommen wird, daß sie sich nicht ändert und im Prinzip Null Volt ist).
  • Q1 = (VL2-VL1)Cdl.Cs/(Cs+Cdp+Cdl)
  • Diese Ladung ist gering und fließt rasch ab. Das Diagramm 2d, das den Strom in dem Spaltenleiter darstellt, zeigt das Abfließen der Ladung Q1 beginnend mit dem Zeitpunkt t0. Die Ladung ist der Integralwert des Stroms.
  • Das Potential des Knotens A bleibt dann auf dem Wert VA1 und die Dioden DP und DL sind beide in Sperrichtung vorgespannt, so daß der Knoten A potentialmäßig freischwebt.
  • Zwischen einem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 empfängt die lichtempfindliche Matrix eine Beleuchtung. Während der übrigen Zeit liegt sie im Prinzip im Dunkeln. Man wird jedoch sehen, daß die Beleuchtung in gewissen Fällen von t0 bis t0' durchgehend vorliegen kann.
  • Die Beleuchtung führt zu einer Erzeugung von fotoelektrischen Ladungen in der Fotodiode. Die positiven Ladungen sammeln sich am Knoten A aufgrund der Sperrvorspannung der Fotodiode DP. Sie heben dessen Potential mit einer Steigung an, die umso größer ist, je stärker die Beleuchtung ist.
  • Es ist festzustellen, daß im Fall einer Verbindung der Kathoden der Dioden mit dem Knoten A die Richtungen der Potentiale umgekehrt wären und die negativen Ladungen sich am Knoten A sammeln würden. Das Potential des Knotens A würde dann sinken.
  • Im Zeitpunkt t2, in dem die Beleuchtung endet, hat das Potential VA des Knotens A einen Zwischenwert zwischen seinem Ursprungspotential VA1 und dem Bezugspotential der Spalten erreicht. Das Potential kann nicht weiter steigen, ohne daß die Lesediode leitend würde und die zusätzlichen Ladungen in die Spalte abgeführt würden.
  • Wenn die von der Fotodiode erzeugte Ladungsmenge QD ist, dann fließt eine Ladung Q2 = QD.Cdl/(Cs+Cdp+Cdl) auf dem Spaltenleiter Cj zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, aber diese Ladung ist klein aufgrund des geringen Werts der Kapazität Cdl im Vergleich zu Cs und Cdp. Außerdem verteilt sich diese Ladung über die Zeitdauer von t1 bis t2.
  • Nach dem Ende der Beleuchtung bleibt das Potential konstant und die Dioden DP und DL sind in Sperrichtung vorgespannt.
  • Zum Zeitpunkt t3 wird ein Leseimpuls angelegt, der bis zum Ende des Zyklus andauert, d.h. bis zum Zeitpunkt t'0.
  • Der Leseimpuls bringt das Zeilenpotential vom Ruhewert VL2 auf den Wert VL1.
  • Das Potential des Knotens A steigt von einem Wert VA, (der zum Zeitpunkt t2 erreicht wurde und von der zwischen t1 und t2 vom lichtempfindlichen Punkt empfangenen Beleuchtung abhängt) auf einen Wert VA + (VL2-VL1)Cs/(Cs+Cdp+Cdl), d.h. auf einen Wert, der sich nur wenig von VA+VL2-VL1 unterscheidet. Während dieses Anstiegs fließt eine Ladung Q'3 gleich -Q1 im Spaltenleiter (es sei daran erinnert, daß Q1 die unmittelbar nach t0 fließende Ladung war).
  • Der neue Wert des Potentials des Knotens A ist positive oder null und macht die Lesediode DL leitend, die am Nullpotential der Spalte Cj hängt.
  • Die am Knoten A akkumulierten Ladungen können also auf den Spaltenleiter abfließen.
  • Die Ladungsmenge Q"3, die somit auf der Spalte in Richtung zum Lesekreis fließt, hat also folgenden Wert
  • Q"3 = (Cs+CDP)QD/(Cs+Cdp+Cdl)
  • Insgesamt ist die Ladung Q3, die im Spaltenleiter während des Zeilenimpulses fließt, gleich Q'3 + Q"3, d.h. daß unter Berücksichtigung der Tatsache, daß Cdl klein gegenüber den anderen Kapazitäten ist, Q3 sich kaum unterscheidet von (-Q1+QD). Hierbei ist QD die in der Fotodiode durch die Beleuchtung erzeugte Nutzladung.
  • Wenn der Leseimpuls auf der Zeile Li endet, dann fließt eine Ladung Q'1 = +Q1 erneut im Spaltenleiter.
  • Wenn der Lesekreis den Strom integriert, der vom Zeitpunkt t3 bis zur Beendigung des Abflusses der Ladung Q'1 ankommt, dann ist die gesamte integrierte Ladung gleich QD, d.h. sie entspricht gut dem gewünschten Nutzsignal.
  • Es sei bemerkt, daß zum Zeitpunkt t'0 die Potentialbedingungen wieder dieselben sind wie zum Zeitpunkt t0. Das Potential des Knotens A liegt wieder bei null oder genauer bei der Schwellspannung des Übergangs der Lesediode DL in den Leitzustand.
  • Es sei bemerkt, daß die Lesediode DL klein gegenüber der Fotodiode sein muß, damit ihre Kapazität vernachlässigbar bleibt, aber sie kann auch lichtempfindlich sein wie die Fotodiode DB. Sie trägt dann ohne Nachteil zur Erzeugung von Fotoladungen bei. Für die praktische Ausführungsform ist es also nicht notwendig, daß die Lesediode von lichtundurchlässigen Schichten abgedeckt wird.
  • Die Gesamtkapazität einer Spalte Cj ist im wesentlichen gleich N mal die Kapazität Cdl einer Lesediode DL, falls N lichtempfindliche Punkte an diese Spalte angeschlossen sind. Dieser Wert ist natürlich wesentlich geringer, als wenn die Fotodioden DB direkt mit dem Spaltenleiter verbunden wären, um als Lesedioden zu dienen.
  • Während des Lesens einer Zeile, d.h. während ein Zeilenimpuls auf diese Zeile gegeben wird, empfängt der Spaltenleiter nicht nur die Nutzladung Q3 entsprechend dieser Zeile, sondern ggf. auch Bruchteile von Ladungen Q1 und Q2 entsprechend den anderen Zeilen, aber die obigen Erläuterungen zeigen, daß diese Ladungen Q1 und Q2 proportional zu Cdl/(Cs+Cdp+Cdl) sind und damit sehr gering.
  • Der Dunkelstrom (d.h. die von den Fotodioden außerhalb des Zeitintervalls von t1 bis t2 erzeugten Ladungen) wird auch auf die Spalten mit demselben Multiplikationsfaktor übertragen. Er stört also das Auslesen der Nutzladungen kaum.
  • Es sei schließlich festgestellt, daß die Fotodiode DP, die die Fotodetektion ganz oder überwiegend durchführt, stets in Sperrichtung vorgespannt bleibt. Das begrenzt die von dieser Diode auszuhaltenden Belastungen und verbessert die Zuverlässigkeit des Kreises.
  • Es ist interessant festzustellen, daß aufgrund der Tatsache, daß die an den Knoten A angeschlossenen Dioden dieselbe Polarität haben, die technologische Herstellung einfacher wird, als wenn an einen Punkt sowohl eine Anode als auch eine Kathode einer Diode angeschlossen werden müßten.
  • Mehrere Betriebsarten sind für diesen Kreis möglich.
  • In einer ersten Betriebsart erfolgt die Beleuchtung nur während eines Zeitintervalls von t1 bis t2 zwischen zwei Leseimpulsen. Das Adressenregister der Zeilen (DEL) arbeitet praktisch kontinuierlich, um nacheinander alle Zeilen nach einer allen Zeilen gemeinsamen Beleuchtungsperiode zu lesen: Erst wird beleuchtet und dann tastet das Register die Zeilen nacheinander ab und liest sie, dann wird wieder beleuchtet usw.
  • In einer zweiten Betriebsart kann man an alle Zeilen gleichzeitig einen Vorspannungsimpuls für alle Zeilen Li anlegen, um alle Knoten A der Matrix vorzuspannen. Dann folgt die Beleuchtungsphase und schließlich sendet man die Leseimpulse Zeile für Zeile.
  • In einer dritten Ausführungsform erfolgt die Beleuchtung kontinuierlich, d.h. daß in gewisser Weise t1 mit t0 und t2 mit t'0 zusammenfällt.
  • Die für das Lesen der Ladungen erforderliche Zeit (d.h. die Zeit, die für die Abführung der Ladung Q3 nötig ist), ist umso größer, je geringer die Ladung Q3 ist, also je geringer die zum beim Lesen ausgewählten lichtempfindlichen Punkt empfangene Beleuchtung ist.
  • Dies kommt von dem Widerstand der Lesediode DL in Leitrichtung, der umso größer wird, je mehr sich die Potentialdifferenz zwischen ihren Klemmen, d.h. zwischen dem Knoten A und der Spalte Cj dem Wert Null nähert.
  • Man muß deshalb eine Leseimpulsdauer (von t3 bis t'0) vorsehen, die ausreicht, um den ungünstigsten Fall zu berücksichtigen.
  • Eine Lösung zur Beschleunigung des Ladungstransfers besteht darin, dem Nutzsignal eine zusätzliche Ladung eines bekannten Werts hinzuzufügen, die von einer diffusen Lichtquelle stammt, welche die lichtempfindlichen Punkte beleuchtet. Auf diese Weise ergibt sich eine systematische Beleuchtung und eine von Null verschiedene transferierte Ladung, selbst wenn die Nutzbeleuchtung Null ist. Es genügt dann, eine entsprechende Ladung am Ausgang des Leseintegrators abzuziehen. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Lesens für geringe Beleuchtungswerte erhöht, indem eine von Null verschiedene Ladung selbst bei einer Nutzbeleuchtung Null übertragen wird, die normalerweise nicht zu einem Ladungstransfer führen würde.
  • Im Fall einer Matrix, die in der Röntgentechnik Verwendung findet und mit einem die Röntgenstrahlen in sichtbare Lichtstrahlen verwandelnden Scintillator bedeckt ist, kann die Hilfslichtquelle auf die Rückseite der Tafel einwirken und durch das Substrat der Matrix hindurchstrahlen. Das Substrat muß dann ebenso wie die auf das Substrat aufgebrachten und von den Fotodioden bedeckten Leiter lichtdurchlässig sein.
  • Eine andere Lösung besteht darin, die Größe des Leseimpulses zu erhöhen. Wenn VA1 der Bezugspegel der Vorspannung des Knotens A vor der Beleuchtung ist, dann ist, wie erwähnt, VL1-VL2 grob gesehen gleich -VA1 (unter Vernachlässigung des Spannunsgabfalls der Diode DL in Leitrichtung). Man kann auch vorsehen, daß der Pegel des Leseimpulses VL'1-VL2 größer als -VA1 ist, um selbst bei einer Beleuchtung eines Werts Null eine gewisse Anzahl von Ladungen entsprechend der Differenz zwischen VL'1 und VL1 zu übertragen. Aber das Potential des Knotens A gelangt am Ende des Impulses auf einen Wert VA'1 und nicht auf den Wert VA1. Um dann wieder zu denselben Vorspannungsbedingungen des Knotens A zu Beginn des nächsten Lesezyklus zu kommen, bringt man beispielsweise mit Hilfe eines Lichtblitzes eine Ladungsmenge auf den Knoten A. Dann erfolgt eine Leer-Zwischenauslesung (ohne daß eine andere Beleuchtung als dieser Blitz vorläge) mit einem Leseimpuls einer Amplitude VL1-VL2 und nicht mehr VL'1-VL2, so daß das Potential des Knotens A auf den ursprünglichen und normalen Wert zurückgelangt.
  • Die Hinzufügung von Ladungen zur Leerauslesung kann auch erfolgen, indem eine der Dioden DP oder DL ausreichend stark in Sperrichtung vorgespannt wird, daß ein nicht vernachlässigbarer Leckstrom fließt und die gewünschten Ladungen herbeiführt.
  • Es sei bemerkt, daß diese Lesemethode mit einer Leer- Zwischenleseetappe verwendet wird, wenn die Nutzbeleuchtung diskontinuierlich und nicht kontinuierlich ist.
  • Man kann noch folgende Bemerkungen machen: Zuerst wirken die Zeilenspannungen nur durch kapazitiven Einfluß; ihr Absolutwert hat also keine Bedeutung, sondern es ist nur die Differenz VL1-VL2 und nicht der Absolutwert von VL2 oder VL1 wichtig.
  • Man kann also die Zeilenspannung VL2 im Ruhezustand so wählen, daß die Spannung an dem Kondensator CS nie ihr Vorzeichen während eines Beleuchtungs- und Lesezyklus ändert. Man kann dann als Kondensator eine in Sperrichtung vorgespannte Diode verwenden. Es existieren zwei Möglichkeiten: die Potentiale VL1 und VL2 sind so, daß die den Kondensator CS ersetzende Diode einer Elektrode der gleichen Art wie die Elektroden der Dioden DP und DL an den Punkt A angeschlossen ist. In diesem Fall kann diese Diode beleuchtet werden wie DP und DL, und ihr lichtelektrischer Strom addiert sich zu dem von DP und DL. Oder aber die Potentiale VL1 und VL2 werden so gewählt, daß die konstante Vorspannung der den Kondensator CS ersetzenden Diode in Sperrichtung dazu führt, daß die Elektrode dieser Diode, die mit dem Knoten A verbunden ist, eine andersartige Elektrode als die Elektroden von DP und DL sind, die an diesem Punkt angeschlossen sind. In diesem Fall muß darauf geachtet werden, daß die den Kondensator CS ersetzende Diode im Dunkeln gehalten wird.
  • Die lichtempfindliche Diode DP kann eine PIN-Diode sein (Stapelung einer Halbleiterschicht vom P-Typ, einer intrinsischen Halbleiterschicht und einer Schicht vom N-Typ) oder eine Diode mit fünf Schichten vom Typ NIPIN oder PINIP mit zwei intrinsischen Schichten, von denen die eine sehr dünn und die andere dicker ist. Die Empfindlichkeit der Lichtmessung wird dadurch verbessert. In diesem Fall ist die Kathode der Fotodiode die Schicht vom N-Typ, die der dickeren intrinsischen Schicht benachbart ist, während die Anode der Fotodiode die Schicht vom P-Typ ist, die der dickeren intrinsischen Schicht benachbart ist.

Claims (5)

1. Matrix von lichtempfindlichen Punkten, bestehend aus einem Netz von lichtempfindlichen Punkten (Pij), die in Zeilen (mindestens eine Zeile) und Spalten (mindestens eine Spalte) angeordnet sind, wobei jeder lichtempfindliche Punkt am Schnittpunkt einer Zeile und einer Spalte liegt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder lichtempfindliche Punkt zwei Dioden (DP und DL) sowie einen Kondensator (CS) enthält, die an einen Knoten (A) mit einem freischwebenden Potential angeschlossen sind, wobei der Kondensator zwischen einen Zeilenleiter (Li) und den Knoten (A), eine erste Diode (DL), Lesediode genannt, zwischen den gemeinsamen Knoten (A) und einen Spaltenleiter (Cj), um den Transfer einer an dem Knoten durch Beleuchtung des lichtempfindlichen Punkts erzeugten Ladungsmenge zwischen diesen Spaltenleiter und dem Knoten (A) zu erlauben, und eine zweite Diode (DP), lichtempfindliche Diode genannt, zwischen dem Knoten (A) und einer Sperr-Vorspannungsquelle (VR) angeschlossen sind, um bei Beleuchtung elektrische Ladungen auf dem Knoten (A) zu erzeugen, wobei die Dioden mit gleicher Polarität an diesen Knoten angeschlossen sind.
2. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle (VR) einen solchen Wert hat, daß die Fotodiode während des ganzen Betriebszyklus in Sperrichtung vorgespannt bleibt.
3. Matrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle (VR) eine Festspannungsquelle ist.
4. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel vorgesehen ist, das die Zeilenleiter auf ein erstes Vorspannungspotential (VL2) während einer Beleuchtungsphase und auf ein zweites Bezugspotential (VL1) während einer Lesephase bringt, und daß das erste und das zweite Potential so gewählt sind, daß die Spannung an den Klemmen des Kondensators während der ganzen Beleuchtungsphase und während der Lesephase dasselbe Vorzeichen hat.
5. Matrix nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator als Diode ausgebildet ist, die während der Beleuchtungsphase und während der Lesephase in Sperrichtung vorgespannt ist.
DE8989401838T 1988-07-29 1989-06-27 Photoempfindliche matrix mit zwei dioden gleicher polaritaet und einer kapazitaet pro photoempfindlichem punkt. Revoked DE68905268T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8810265A FR2634947B1 (fr) 1988-07-29 1988-07-29 Matrice photosensible a deux diodes de meme polarite et une capacite par point photosensible

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE68905268D1 DE68905268D1 (de) 1993-04-15
DE68905268T2 true DE68905268T2 (de) 1993-06-17

Family

ID=9368930

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